装配式T型梁桥加固后效果分析

摘 要：介绍简支梁桥的加固方法，对粘钢和增加横隔板的方法进行详细的介绍。并对加固前后的桥梁进行了效果对比。其结果是桥梁加固后的荷载能力大幅提高，刚度增加，取得良好效果。

关键词：简支梁；加固；粘钢；横隔板

工程概况

甘肃省古浪县古浪段S308线馆子河桥位于S308线K289+583处，桥梁跨越季节性河道―大土沟，东接古永高速，西联景泰县城，对武威市、古浪县和景泰县的交通和经济建设有着非常重要的作用。该桥修建于1998年，至今运营已近10年。

馆子河桥设计为3×20m装配式钢筋混凝土T梁，桥梁全长66.48m，每跨由7片T梁组成；支座为四氟板式圆形橡胶支座；桥墩为双柱式桥墩，高为15m；桥台为双柱框架式桥台，高为12m；基础为钻孔灌注桩。设计桥面标高为883.81m。

经现场勘察，发现此桥的主要问题是：

1. 该桥T梁的静力刚度和动力刚度均不足，车辆通过时结构振动较大，行人和行车有不安全感。

2. 梁体出现较多结构性裂缝，主要为支点处斜裂缝及跨中处竖向裂缝。多数裂缝缝宽超过规范限值，并且已开展到主梁受压区，对主梁承载能力和耐久性造成严重影响。

3. 该桥梁体混凝土强度低于原设计要求，碳化深度已接近混凝土保护层厚度，易对钢筋造成腐蚀。

4. 该桥横向联系较弱，横隔板连接缝混凝土已掉落、脱空、连接钢板已经失去作用。

2 加固方法

（1）主梁

（a）主梁梁体裂缝较多，对裂缝进行注胶封闭。当裂缝宽度小于0.1mm时，在所选用裂缝修补材料及施工工艺允许情况下可采用自然渗透法，直接用橡皮滚子或滚动粉笔刷缝材料，使胶液充分吸收，且裂缝内含胶液饱满。当裂缝宽度大于0.1mm时，采用RW-HiBon 低压裂缝注入器将高分子树脂修补材料缓慢持续的压入裂缝中，裂缝修补材料采用SDW-MA环氧粘合剂。

（b）梁体支点处剪切裂缝较多，梁端抗剪能力较差，跨中处裂缝大多数开展到受压区，相对受压区高度减少，影响承载能力。对主梁的腹板和翼缘采用具有轻质高强、易于粘贴、不锈蚀的特点的碳纤维布粘贴加固，进行抗剪加固及抑制梁体裂缝发展。

（c）对主梁梁底采用钢套箍粘钢加固，在T梁梁底纵向全长粘贴18cm宽钢板；梁底两侧粘贴20cm宽钢板，形成钢套箍，提高T梁的承载能力和刚度。粘贴钢板采用Q235、厚6mm；粘钢所用的胶粘剂，必须强度高、耐久性好、具有一定弹性。

（2）横向联系

对该桥横向联系，采用增加横隔板方法，提高桥梁整体性。在端横隔板处，在原横隔板上增加20cm厚新横隔板；在3L/8、5L/8处增加12cm厚横隔板。新增横隔板采用C30混凝土、Φ16钢筋，植筋挂网浇筑。植筋胶采用Speed-bond药剂。

新增横隔板施工，首先在T梁腹板植入Φ20钢筋，植筋钻孔前，应使用钢筋探测仪对原结构内的钢筋位置进行判定，尽量保证钻孔不破坏原结构内的钢筋，钻孔应达到设计要求的深度。植筋后再进行挂网浇筑横隔板，在浇筑之前，应对新横隔板和腹版连接处混凝土表面进行凿毛，表面已经风化的混凝土，应全部凿掉，清理干净。

3 原结构计算

1. 荷载横向分布计算

由于该桥整体性比较差，主梁的荷载横向分布影响线基本上仅伸展到左右相邻的一片梁，即局限于总共三根梁的范围。因此可用铰接T梁荷载横向分布的近似计算。计算结果如表3-1

表3-1横向分布系数

梁号 横向分布系数

Mcq Mcg

1 0.51 0.35

2. 计算跨中截面荷载组合效应

（1）恒载内力

假定桥面构造各部分质量平均分配给各主梁承担。

一期恒载集度

主梁：g1=（1.6×0.14+0.11×1.42）×25=9.76KN/m

横隔梁：g2=0.882 KN/m

二期恒载集度

桥面铺装:g3=4.43KN/m

栏杆和人行道：g4=2 KN/m

g=9.76+0.882+4.43+2=17.07 KN/m

恒载内力汇总于表3-2

表3-2恒载内力计算值

（2）活载内力

汽车荷载冲击系数

活载弯矩计算结果见表3-3～表3-4

表3-3汽车-20级产生的弯矩

表3-4挂-100产生的弯矩

（3）内力组合

弯矩组合：对于静定结构，仅考虑组合Ⅰ、Ⅱ。

组合Ⅰ：1.2恒载内力+1.4（汽车+人群）内力

组合Ⅱ：1.2恒载内力+1.1挂车内力

表3-5弯矩组合结果

由表3-5可知：梁跨中弯矩控制检算值为：

（4）正截面抗弯承载力检算

截面翼缘厚度

根据规范：截面翼缘计算宽度

h0 = h - a =1300 - 15 = 1285 mm

，该截面为第二类T形截面

根据公式：，求得受压区高度

正截面抗弯承载力

=1614.41

因此该桥梁承载力不足，需要进行技术改造，以满足检算荷载的要求。

4 加固后结构计算

1. 荷载横向分布计算

由于加固后该桥的横向增强，各片梁变形协同能力加强，车辆荷载作用下中间横梁的弹性翘曲变形同主梁相比很小，因此采用修正的刚性横梁法计算横向分布系数。计算结果于表4-1。

表4-1荷载横向分布系数

梁号 Mcq Mcg

1 0.45 0.26

2 0.39 0.22

3 0.34 0.18

4 0.28 0.14

2. 计算跨中截面荷载组合效应

（1）恒载内力

假定桥面构造各部分质量平均分配给各主梁承担。

一期恒载集度

主梁：g1=（1.6×0.14+0.11×1.42）×25=9.76KN/m

横隔梁：g2=0.882 KN/m

二期恒载集度

桥面铺装:g3=4.43KN/m

栏杆和人行道：g4=2 KN/m

钢板和碳纤维：g5=1.9KN/m

g=9.76+0.882+4.43+2+1.9=18.97KN/m

恒载内力汇总于表4-2

表4-2恒载内力计算值

（2）活载内力

汽车荷载冲击系数

活载弯矩计算结果见表4-3～表4-4

表4-3汽车-20级产生的弯矩

梁号 支座处 L/4 跨中

1 0 521.05 682.42

2 0 451.58 591.43

3 0 393.68 515.6

4 0 324.21 424.61

表4-4挂-100级产生的弯矩

梁号 支座处 L/4 跨中

1 0 742.56 912.67

2 0 628.32 772.26

3 0 514.08 631.85

4 0 399.84 491.44

（3）内力组合

弯矩组合：对于静定结构，仅考虑组合Ⅰ、Ⅱ。

组合Ⅰ：1.2恒载内力+1.4（汽车+人群）内力

组合Ⅱ：1.2恒载内力+1.1挂车内力

表4-5弯矩组合结果

梁号 截面位置 组合Ⅰ 组合Ⅱ

1 跨中 2025.46 2074.01

L/4 1541.53 1628.88

2 跨中 1948.79 1970.27

L/4 1444.78 1503.22

3 跨中 1842.63 1815.82

L/4 1363.22 1377.55

4 跨中 1715.24 1661.37

L/4 1265.96 1251.89

由表4-5可知：梁跨中弯矩控制检算值为：

（4）正截面抗弯承载力检算

截面翼缘厚度

根据规范：截面翼缘计算宽度

h0 = h - a =1300 - 15 = 1285 mm

，该截面为第二类T形截面

根据公式：，求得受压区高度

正截面抗弯承载力

=2135.39

由于，因此该桥梁承载力满足检算荷载的要求。

（5）侧面采用碳纤维加固后，斜截面受剪承载力的计算

达到受剪承载能力极限状态时碳纤维片材的应变:

×(0.2 + 0.12×3.00)×0.00800 = 0.00299

碳纤维片材承担的剪力:

使用碳纤维加固后, 梁的剪力设计值:

（6）振型计算结果

根据该桥加固后的实际构造情况，采用空间有限元法对该桥进行了理论计算分析，建立了空间有限元计算模型，计算了加固后该桥的自振频率、振型等动力参数，以便与加固前结果进行对比。振型计算结果见表4-6

表4-6振型计算结果

阶次 频 率(Hz) 振 型

1 5.56 竖向第一阶

2 21.17 竖向第二阶

3 9.37 横向第一阶

4 22.7 横向第二阶

5 加固效果分析与评价

1.加固前后梁受弯、受剪承载力结果比较见表5-1

表5-1加固前后梁受弯、受剪承载力结果比较

受剪承载力 受弯承载力

加固前 201.52kN 1614.41kN

加固后 276.28kN 2135.39 kN

承载力提高百分率 37.1% 32.3%

2.加固前后主梁计算弯矩组合比较见表5-2

表5-2加固前后主梁计算弯矩组合比较

截面位置 M前 M后 （M前―M后）/ M前

L/4 1824.71 kN 1628.88kN 11%

跨中 2363.74 kN 2074.01 kN 13%

3.加固前后阵型比较见表5-3

表5-3加固前后阵型比较

阶次 频 率(Hz) 振 型

加固前实测值 加固后理论值

1 4.69 5.56 竖向第一阶

2 14.06 21.17 竖向第二阶

3 6.44 9.37 横向第一阶

4 16.01 22.7 横向第二阶

6. 结语

通过以上分析得出结论，在既有问题桥梁上对其进行粘钢加固以及增加横隔板的方法能够有效的改善问题桥梁的承载力。取得良好的加固效果。

参考文献：

[1]贺海斌; 沈蒲生;宋娟. 基于最低造价的 T 形截面钢筋混凝土简支梁优化设计 [J]. 建筑技术开发2008.10.20

[2]刘善国. 简支梁加固与正截面计算 [J]. 连云港化工高等专科学校学报，2001.6.30

[3]李宏江; 叶见曙;王康. 旧钢筋混凝土简支梁桥承载潜力因素分析[J]. 东南大学学报（自然科学版） 2001.6.20

[4]姚玲森. 桥梁工程. 北京:人民交通出版社. 1988

第一作者：侯经文，1984年2月，男，汉族，陕西咸阳人，目前为兰州交通大学硕士研究生。